[發明專利]一種濱海異型結構3D打印混凝土、加工工藝及應用

在審

• 申請號: 202010664748.7
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111848081A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 羅健林;張紀剛;李秋義;高嵩;侯東帥;滕飛
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14;E04G21/02;B28B1/00;B33Y70/00;B33Y10/00;B33Y80/00;C04B111/34
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李箏

本發明具體涉及一種濱海異型結構3D打印混凝土、加工工藝及應用。現有濱海異型結構3D打印混凝土還具有以下缺陷：常規海洋防腐技術應用于3D打印的濱海異型結構防腐效果不理想，另外，常規3D打印材料層間界面粘結與觸變性還存在不足。本發明提供了一種濱海異型結構3D打印混凝土，其原料為復配水泥、再生砂、粉煤灰、聚乙烯醇、氧化石墨烯、鋼纖維、有機纖維、減水劑、調凝劑、礦物摻合料和水。該3D打印混凝土擁有良好的粘聚保水性與相鄰薄層界面粘結性，通過GO與PVA電解液結合形成微電容器避免混凝土薄層中腐蝕電池的形成，具有良好的海洋耐久性，應用于濱海異型結構工程具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于濱海結構3D打印技術領域，具體涉及一種濱海異型結構3D打印混凝土、所述濱海異型結構3D打印混凝土的加工工藝及在制備濱海異型結構中的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

目前建筑數字化、工業化、智能化的產業升級狀況需要快速制造用于不同規格、結構型式裝配建筑用剪力墻、疊合樓板、疊合梁、疊合柱、預制樓梯、整體衛生間、垃圾槽等各類混凝土預制構件。同時，建筑垃圾資源化利用有效紓解城鎮生態保護和節能減排壓力。近年來快速發展起來，基于機器人3D打印數字化建造方法不僅可以精確控制各類混凝土異型構件的建造精度，制造出優美造型的各類曲面構件，而且不必事先制造模具，不必在制造過程中去處理大量的材料，也不必通過復雜的鍛造工藝，最終在生產上實現結構優化、節約材料和節省能源，有效實現裝配建筑的工業化、智能化、資源節約化，應用前景十分廣闊。

與此同時，鋼筋混凝土結構廣泛應用在近海建筑、橋梁隧道、風能核電站、鉆油井平臺、海港碼頭等濱海結構工程領域。同樣基于3D打印技術可以快速制造諸如井蓋、雨水篦子、地下管廊、卵型水槽、地鐵管片、蜂窩梁、疊合梁/板等濱海異型結構，進而廣受關注。

不可忽視的是，3D打印混凝土一般不添加鋼筋骨架，而是摻雜高強、高模的短切鋼纖維來實現3D打印混凝土的早期強度高、韌性變形佳的要求。然而，混凝土繁雜構件成功3D打印還得仰賴于相應混凝土漿料擁有凝結速度快、保水粘聚性好、可塑性佳、層間界面粘結與觸變性佳等特點。與此同時，作為濱海異型結構用混凝土為多孔、多相非均質材料，海水和氧氣會沿著混凝土中的孔隙到達鋼纖維表面，產生腐蝕自由電子。這些電子通過鋼纖維向陰極區傳送，溶液中的負離子通過孔隙溶液向陽極區傳輸，易形成大量腐蝕微電池，進而過早失效。

然而，當發展濱海裝配結構用3D打印混凝土材料時，發明人發現存在以下問題：

(1)濱海異型結構曲面復雜、多為薄壁結構，3D打印混凝土是逐層打印模式，相應難以擁有足夠的混凝土保護層厚度保護隨機分散的鋼纖維，使其免于海洋腐蝕；與此同時，表面涂防腐層、外加陰極保護等常見海洋防腐技術對持續存在打印界面層的濱海異型結構來說，要么無法使用，要么使用效果差。

(2)采用常規3D打印混凝土材料打印濱海異型結構時，難以保障在擁有良好流變性、保水粘聚性、力學韌性及體積穩定性能的同時，擁有足夠的層間界面粘結與觸變性。

(3)采用常規3D打印混凝土材料打印濱海異型結構時，常難以同步資源化利用建筑或工業固體廢棄物，減輕城鎮生態保護和節能減排壓力，實現綠色環保效益。

發明內容

針對上述背景技術中記載的問題，本發明目的在于提供一種優化的濱海異型結構3D打印混凝土，其打印得到的濱海異型結構具有更好的海洋防腐效果及層間界面粘結與觸變性能。

基于上述技術效果，本發明提供以下技術方案：